Summary
加工条件下で固体状態における溶媒濃度の関数としての相組成の実験的平衡曲線を生成する詳細な手順を紹介します。
Abstract
ボール ミル粉砕の平衡の結果は追加の溶剤の非常に少量の存在など実験条件でも小さな変化の関数として大幅に変更できます。、この感度を再現性をもって正確にキャプチャするには、験者は、ボール ・ ミル粉砕研削の瓶は使用する前に乾燥した清潔に確保するから、調査の下での反応に影響を与えることができますすべての単一の要因を慎重に検討する必要があります。出発原料の化学量論を正確に追加するには、検証する溶媒量の配信は、溶剤、粉体間の相互作用はよく確保するために、正確な理解し、必要に応じて、特定の浸漬時間が追加されます。プロシージャ。平衡を達成するために必要な加工時間を確認する予備の速度論的研究が欠かせない。そうして絶妙な位相合成曲線がボール ミル液体補助研削 (LAG) の下で溶媒の濃度の関数として得られます。厳格かつ慎重手順ここで示したものと同様を使用して、ほぼすべての加工システムのようなフライス加工の平衡曲線が得られます。これらの手順を示すために使用するシステムは平衡定量的ヘテロダイマーに取得する 2 つの homodimers の等モル混合物から始まってジスルフィド交換反応。後者は、2 つの異なる結晶多形、フォーム AとB フォームとして研削ボールミルによって形成されます。比R = [フォーム B]/([a] + [フォーム B]) 平衡をフライス加工で自然と加工瓶の中の溶剤の濃度に依存します。
Introduction
メカノケミストリー マニュアルやボール ・ ミル粉砕機器を使用しては材料の合成の伝統的な解法に魅力的で持続可能な代替手段として近年ますます人気になりました。効果的にかつ定量的に達成される固体間反応できるため1魅力的です。それはほとんど、あるいは全く溶剤を必要とする「グリーン」持続可能な手法です。加工や手動研削をきちんと行うことが、すなわちと無添加溶媒または溶媒支援:「液体補助研削」として知られている後者 (LAG)2,3,4の非常に少量追加した液体を加速することがやも有効そうでなければアクセスできないメカノケミカル反応固体間。メカノケミカル法は、さまざまな化学反応の数が増え、5,6,7,8,9 無機および有機性化合物の合成に使用されています。分子共結晶、12,13,14有機金属フレームワークなど超分子構造の形成、15, ,11同様16,17ともケージ18とロタキサン19。それは多くのプロセスが最小限の不足当量量の溶媒、溶媒のない状態で進むことができますようです。2,3,4メカニズムと原動力は化学合成に関与、メカノケミカル条件による超分子の反応は議論の対象です。1,13,20,21,22,23,24
私たちの研究は、ボール ・ ミル粉砕プロセスとボール ミル ラグ条件下で平衡を溶媒の役割の最終的な均衡の結果に焦点を当てください。確かに、反応を研削ボールミルでは、完了に達すると、熱力学の平衡はこれまでのところ安定相組成と私たちのシステムで調べた 2 つのシステムで行われます。25最後の平衡に影響を与える要因は多数で多様な: ボール ミルの jar ファイルのサイズと形状と素材、ボール ベアリングのサイズと重量と材料、加工頻度、温度、溶媒と自然濃度。これは明らかに溶媒の量の変化に対する応答の劇的に研削の反応変化の熱力学的結果が追加されると、合計粉末 200 mg 当たり 1 μ l と低いいつかできる場合であります。25慎重と厳密な実験手順はテストし、再現可能な精度とピペッティングして混合の前のフライス加工反応や製品のストレージから、実験の結果の精度を達成するために続くあります。さらにミリング jar ファイル内のパラメーターを監視または制御することは困難です。したがって、再現性と制御フライス周波数と時間を可能にし密封瓶を加工機械ミキサー ミル (振動ミルとも呼ばれます) の使用が不可欠です。達する平衡確保するすべてのボール ・ ミル粉砕反応実験の条件のいくつかの予備の速度論的研究が必要です。ここでは提示曲線に使用する機械のミキサーが変更されました。長時間研削、研削盤の前面部分をシール安全カバー密閉室で自動車の排気ガスの連続的な流れをウォーミング アップから jar ファイルを防ぐために削除されましたと外部安全画面は、pla に置かれました。ce。
我々 は最初の例として使用されるシステムはビス-2-nitrophenyldisulfide ( 1-1の名前) と bis-4-chlorophenyldisulfide (名前は2-2) 微量塩基触媒 1, 8-diazabicyclo [存在下でのジスルフィド交換反応5.4.0]undec-7-ene ボール ・ ミル粉砕 (NG) きちんとした時に制作し、化合物 4-クロロフェニル-2-ニトロフェニル-ジスルフィド ( 1-2の名前) の遅れ (dbu)。26,27後者によって形成される 2 つの異なる結晶多形、フォーム AとB フォームとして研削ボールミル。多くの異なるラグ溶剤フォーム Aは熱力学的製品ボール ミル NG 条件の下でまたはフォーム Bはボールの下で熱力学的製品として得られる平衡して研削の反応で十分な溶媒を使用する場合フライス jar に十分な溶媒を追加するとき、平衡でぼけを加工します。実際にフォームから取得できますフォーム Bボールミル NG、下フォーム Bはボールミル ラグの下フォーム Aから得られることができます。加工実験でこのような直接変換は、他のシステムで28,29それが報告されている自然と溶媒の濃度がラグの条件下で得られた多形を決定する前に報告されています。30 には公開実験の結果には、各種有機溶剤の平衡曲線をフライス盤の調査が含まれます。ここ平衡相比R = [フォーム B]/([a] + [フォーム B]) ラグ溶剤各実験のために追加のボリュームに対してプロットされます。平衡曲線の発症と曲線の鋭さは、自然とミリング jar に追加溶媒のモル量に依存する発見されました。
図 1: 反応実験と R の値を用いて溶媒平衡曲線の重要な概念を研削ボールミル法
これらの平衡曲線は溶剤を数滴添加の効果をグラフィカルに表示 (x 軸) 製品 (y 軸) の相組成のとき平衡条件を達成するために十分長い間研削ボールミルします。形態形成されている定量的フォーム B フォームとフォーム Bの混合物は溶媒のボリューム範囲の形成中に形成されている定量的のグラフの上部のグラフのアカウントの下の部分グラフの s 字状の部分を占めます。この図は、化学科学、2016 年 7、補足情報、6617 (参考文献25) からマイナー チェンジで転載されています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
熱力学の面は一般的な任意の与えられた粉砕システムに適用する必要があります。私たちの観測の一般性を示す他の例として類似の平衡曲線は、2 番目のシステムの生産も: テオフィリン (tp) ベンズアミド (bzm) は、私を形成し、フォーム IIとの共結晶を 1:1 の 2 つの多形場所、結果は、研削の混合物中の水の量によって異なります。25これらの相組成と溶媒濃度平衡曲線がナノ結晶表面とボール ・ ミル粉砕の反応の平衡を溶媒分子間の相互作用を調査するために不可欠です。いくつかの平衡曲線が非常に鋭い、吸着サイトの数が多いとバインディング プロセスの肯定的な協同性粒子の特性は、「全か無か」のふるまいを示すことを示した。31浅い平衡曲線協同性の低レベルを示すし、第三者の存在を提案する平衡の段階は、おそらく溶剤を含む非晶質相。このような加工の平衡曲線は、我々 の知識に他のシステムの生産されています。ボール ミル ラグ条件下で非常に小さい環境の変化に固体システムの固有の感度のために部分的であることを考えています。
良いと信頼性の高い溶媒濃度曲線の作製は、(ii) (i) ピペットと注射器のしくみを十分に理解する場合、こんなものは慎重にトレーニング セットと自分のピペッティング スキルを検証する場合とだけ達成することができます装置彼ら目的のジョブを実行する適切な溶媒の正確かつ正確な量を提供することですを選択しました。さまざまな機器と溶媒を正確な量の配信を行うことができますこの中のピペットや注射器し可用性、ユーザー好みのスキルに依存することが彼らの選択、溶媒の蒸気圧が使用され、アプリケーションのためのもの、ボール ・ ミル粉砕実験。
ピペット空気変位または溶媒の多くの範囲をカバーする肯定的な変位として市販されています。ピペットの両方のタイプ手動または電子的に自動として市販されています。自動ピペットが少ない吸引または所定の速度で均等に溶剤を分配できるように想いをしましたスキルに依存しており、一般に好ましい。験者は、溶媒の正確なボリュームを提供するザ ・ ピペッツの機能に頼らなければなりません。これは手始めに、よく維持され、サービス、定期的にキャリブレーション、ピペットが正確な場合のみ起こります。通常、外部ピペット校正サービスは溶媒として水を使用して ISO 8655 規格にピペットを調整します。したがって、それぞれの有機溶剤験者を正確さと分配されることを意図したボリューム範囲で正確な計量実験を通してピペットの精度検証ください。
最も一般的に使用される溶媒配信機器は、先端がシリンジ バレルに装着する必要があります空気変位ピペットです。彼らは、エアー クッションの原則で動作します。ピストンの上向きの動きは、エアー クッションでピストンの端から分離されている先端に描画する液体の原因のヒントで部分的な真空を生成します。蒸発の程度はその蒸気圧によって異なります、pipetted 溶剤の気相はエアクッションの中で平衡に開始されます。前ぬれは、液体とピペットをその容積の範囲の上部に設定されている場合と比べて劇的に蒸発が増加の可能性に空域の割合から彼らの最も低いボリュームの範囲で設定変数ボリューム ピペットを使用するときに重要です。溶媒分注ぶら下げになりますが、春から施行するピストン、ピペットは数秒に垂直位置で開催されたときしっかりしているとどまるヒントの最後に溶剤の終わりから分離、この均衡がとれるとき、験者が知っています。: 先端内部溶剤のサグや点滴が禁止されます。空気変位ピペットは 2 つのモードで使用できます。最も一般的に使用されるは、どこ吸気すべての溶剤がピストンの 1 つ完全な運動によって分配される定量的前方ピペッティング モードです。その他のモードは逆のピペッティング モード;このモードで計算される過剰な溶媒はピペットで吸気、したがって定量的調剤後残留溶媒量、ピペット チップを無駄に処分する必要があります。逆のピペッティング モードは溶媒の粘性と調剤の非常に小さいボリュームに適してできます。しかし、ジクロロ メタン (DCM) やジエチル エーテルなどの溶剤を高蒸気圧、空気変位ピペットで平衡化は簡単に実現できません。肯定的な変位のピペットや注射器は、この場合より適しています。
十分に適切に設計された、実行および制御ボール ミル ラグ条件の下で任意のシステムの平衡相組成と溶媒濃度曲線が得られることを提案します。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. 有機溶剤の精密なディスペンスの検証
-
リバース ピペット モード中の有機溶剤の精密なピペットの検証
注: 逆引きピペッティング モードで空気変位ピペット ラグ範囲溶剤に選ばれた (アセトン、アセトニ トリル (MeCN)、テトラヒドロ フラン (THF)、酢酸エチル (エチル)、クロロホルム (CHCl3)、ジメチルホルムアミド (DMF)) 彼らに浸したので(1-1と2-2) 原料の粉に非常に効率的にリバース ピペット モードの溶剤の範囲でのキャリブレーション予備前方ピペッティング モードと比較してボリュームのより正確かつ正確な調剤を与えていた。リバース ピペット モードの使用は、内側にピペット チップを置くことにより研削瓶の中粉に分配溶媒量の定量的な転送を許可調剤プロセスの終わりに壷の壁。ステンレスに付着した溶剤瓶の壁が迅速かつ定量的吸着パウダーによる研削時。この戦略の固有の部分は、それは強く実験を虚しく湿式ピペット先端近傍塊が粉末でウェット ピペット チップの接触を避けるためにだった。- 5 図バランスを使用します。コレクションの容器は、キャップ 2 mL バイアルを使用します。
- 「逆ピペッティング」120 を 5 μ L 電子空気変位ピペットを設定モードでは、吸引と払出速度を最小値に設定します。
- たとえば、10.0 μ L にボリュームを設定します。
- 完璧なシールを達成するためにしっかりした上下移動でピペット チップにピペットのノズルに合わせて。ねじれ、これはピペット チップを損傷し、シールを妥協のフィッティング中に横にピペットを移動したりしないでください。中古吸引・吐出連続選択された溶媒で 10.0 μ L で 5 回ピペットをウェットします。
- 前ぬれ、10.0 μ L 溶剤ピペットは垂直に開催を確保した直後に吸引します。液体の表面の下の 2-3 mm の先端を浸します。「リバース ピペット」モードで溶剤のセット過剰は自動的に吸気します。
- ディスペンス tared キャップのバイアルは、ピペットは内側に 30-45o角度で開催を確保する 10 μ L のボリューム、バイアルの壁。優しく先端に残って任意の露出した液滴をキャプチャするガラスの瓶の内側に対して先端の端をタップします。すぐに、バイアルのキャップし、それの重量を量る。体重を記録します。先端内部溶剤のセットの過剰を無駄に処分します。
- 新しい 1 つのピペット チップを交換してください。同じ設定ボリュームに少なくとも 3 回ポイント 1.1.6 に 1.1.4 を繰り返します。重みを記録します。
- 別の値、すなわち 20.0 μ。 繰り返しポイント 1.1.4 に 1.1.7 20.0 μ L のボリュームを使用して今ピペットのボリュームを設定します。30.0 μ L、40.0 μ L、50.0 μ L、60.0 μ L、70.0 μ L、80.0 μ L、90.0 μ L、100 μ L と同じ手順を行います。
- ボールミル粉砕実験に必要なより狭い範囲の 1 μ 精度で済ます。例: アセトニ トリルの 20 μ L と 1 μ の精度で 27 μ L ピペットします。1.1.4 に 1.1.7 21.0 μ L、22.0 μ L、23.0 μ L、24.0 μ L、25.0 μ L、26.0 μ L と 27.0 μ L を使用してポイントを繰り返す MeCN。
- 平均体重を計算します。ディスペンサーの容積の平均値を取得する溶媒の密度で平均体重を割ります。Pipetted μ L の x 軸と y 軸での平均重量から計算されたボリュームの μ の値における溶媒量の値を入力します。図 5は、これらのグラフの例を示しています。
注: 直線グラフの相関係数は r2> 0.99 (10-100 μ L) の広い範囲のためだけでなく、狭い範囲 (20-30 μ L) をする必要があります。
図 5: 精度検証と電子空気変位ピペットと調剤量の精密分注モードでは、実験を秤量することにより校正を逆に設定。(a、b)
a) 範囲 10 100µL MeCN;b) は 20-30 μ L から狭い範囲を拡大 MeCN。この図は、化学科学、2016 年 7、補足情報、6617 (参考文献25) からマイナー チェンジで転載されています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
-
前方ピペット モード中の有機溶剤の精密なピペットの検証
注: 転送モード (ピペッティングの通常モード) をピペッティングで空気変位ピペットした範囲の遅れ溶剤 (メタノール (メタノール)、エタノール、イソプロパノール (IPA)、ジメチル ジメチルスルホキシド DMSO, ベンゼン, トルエン, 水 (H2O)) に選ばれました。ない浸漬または多くを浸漬 (1-1と2-2) 原料の粉末に遅すぎます。このためこれらの溶媒残基は吸着できない効率的に十分な固体によって研削中にしたがってボール ・ ミルの部分を取らないと jar ファイルの内部の壁または玉軸受の表面に溶剤を塗布を避けるために批判的だった反応を研削します。戦略は、定量的濡れた先端近傍凝集粉体のリスクなし塗布プロセスの終わりに粉の上に湿式ピペット チップを置くと、粉に直接溶媒量を転送することでした。リバース ピペットの使用であろうこの様々 な溶剤に適してピペッティング プロシージャの終わりにピペット チップにとどまる必要がある溶媒残渣が転送されている誤って毛管作用によって接液部先端に休んだとき、粉体し、そのため意図したよりもより多くの溶媒を調剤します。- 1.1.1、1.1.2 に従うが、電子空気変位ピペットを「通常ピペッティング」モードに設定します。
- メタノール、65.0 μ L など、ボリュームを設定し、手順 1.1.4。
- 吸引 65.0 μ L メタノール 1.1.5 の指示に従います。「通常ピペッティング"の下で溶剤の正確な量だけ自動的に吸気。
- 1.1.6 定量的すべてのボリュームを転送するようにバイアルに 65.0 μ L メタノールを調剤します。すぐに、バイアルのキャップし、それの重量を量る。体重を記録し、手順 1.1.7。
- 今 25.0 μ L をピペットでボリュームを設定し、ポイント 1.2.2 に 1.2.4 25.0 μ L を使用してを繰り返します。50.0 μ L、60.0 μ L、75.0 μ L、80.0 μ L、85.0 μ L メタノールと同じことを行います。
- 63 μ L とメタノールの 70 μ の 1 μ 精度で済ます。1.2.2 に 1.2.4 63.0 μ L、64.0 μ L、μ L 66.0 67.0 μ L、68.0 μ L 69.0 μ L メタノールを使用してポイントを繰り返します。
- 1.1.10 に従ってください。メタノールの広い範囲は 25 に 100 μ L、および狭い範囲は 79 に 60 μ L。
2. フォーム A の合成とボール ミル粉砕フォーム B
- 研削時間の予備調査が平衡するボールミル NG によるフォーム A の合成に必要な
- 研削の jar ファイルをきれいには、アセトンで sonicating それら。洗剤で洗って、水とし、アセトンをすすいでください。乾燥粉砕ジャー 30 分以上 70 ° C で乾燥キャビネットの使用する前に冷却するため研削の jar ファイルを許可します。
- 重量を量る 104.82 ± 0.1 mg 1-1結晶 (0.34 モル、1.0 と同等) の 5 桁のバランスを使用してください。14 mL ステンレス スナップ開閉式研削 jar の男性の半分にした粉末を転送定量的。
注: それは粉末のスティックが計量ボート転送されるときに、U 字型にカット計量油紙の計量ボートが行われたときで、最適です。それを作るに流出を避けるために簡単に研削の瓶の開口部の内側に収まるほど小さい。念のため、研削の瓶の内側にバランスから充填計量ボートを輸送するため、つかむよう丸みを帯びた広いブレード ピンセットを使用します。またそれらを使用後にボール ベアリングを処理します。 - 重量を量る 97.66年 ± 0.1 mg 2-2結晶 (0.34 ミリ モル、1.0 と同等)。定量的研削の jar の男性の半分にした粉末を転送します。Jar ファイルには、 1-1既に含まれています。
- へらでマイクロ研削の jar ファイル内の 2 つの固体試薬を徹底的にミックスします。
- 2 つの 7.0 mm 径 (1.37 g) を挿入硬化ステンレス ボール ベアリング。粉の上に慎重に配置します。
- ピペットの 2 μ L dbu 1-10 μ L ピペットを使用して、2 つのボール ベアリングの 1 つの上に塩基触媒を提供しています。
注: 粉ロール dbu とボール ベアリングをしないように注意してください。これは研削加工の開始前に dbu と上塗を施してある粉になります。 - スナップは、研削の jar ファイルを閉じます。接合部に隙間が残っていないか確認します。追加の予防措置としてテープを絶縁体との接合部の外側を保護します。
- ボール径エンドミル研削盤の 2 つの武器の 1 つから調整可能なクランプで研削の jar ファイルをインストールします。Jar ファイルが固定化されるまで、安全クランプのネジを締めます。
- 瓶が研削しながら車外に投げ出されるを防ぐためにロック位置にゆるみ止めのクランプ装置を回します。他の腕、グラインダー研削中のバランスが取れて、ない破損は jar ファイルに同様の重量に耐えることを確認します。グラインダーの前で安全画面をインストールします。
注: 安全画面でビルドは、ボール径エンドミル研削盤から削除され、外部安全スクリーンを交換しています。これはモーター研削の jar ファイルがインストールされている密閉された空間を加熱、研削時熱から熱ガス抜きを避けるためです。 - 30 Hz とする、たとえば、5.0 分タイマー ボール径エンドミル研削盤の頻度を設定します。
- [スタート] ボタンを押すことでグラインダーを開始します。時間が経過すると、粉砕機が自動的に停止します。すぐに接合部から絶縁テープを取り外し、研削の jar ファイルを開きます。
- 研削完了時にすぐに製品を分析します。まず粉末 x 線そのディフラクトグラムタ (PXRD) スキャンを実行します。
- 研削の jar から小さな瑪瑙モルタルに粉を転送します。粉がスムーズになるまで、瑪瑙乳棒でしこりを破る。PXRD サンプル スライド ガラス上 2 mm の長方形の凹部にいくつかの粉を転送します。スライド ガラスの残りの部分と同じレベルに粉末表面を均等に平らにスライド ガラスの粉末を圧縮します。表面の残留粉を削除します。スライドのラベルを付けます。
- 粉末 x 線回折装置のスライド ブラケットの PXRD サンプル スライドをマウントします。サンプルをスキャンします。Cu k α 放射、反射型次のパラメーターで動作検出器使用粉末 x 線回折装置が備わっています: 2 θ、ステップ サイズ 0.03 °、13 分、0.04 rad の合計時間と時間/ステップ 100 s の 5 に 45 ° の範囲ソレル、VxA 40 x 40。PXRD ドアを閉じるし、データ コレクタ ・ ソフトウェアで PXRD スキャンを開始します。
- 収集された PXRD データのリートベルト (セクション 4.1 で見つけるリートベルト洗練されたガイドライン) を実行します。これは % 重量計算の開始材料1-1と2-2製品aの各多形 %M として相組成とフォーム Bの固体試料の相組成を与えます。
- 高速液体クロマトグラフィー (HPLC) による粉末の化学組成を分析します。サンプル希釈液を準備するには、トリフルオロ酢酸 (TFA) フォーム「MeCN+0.2% TFA」ソリューションに HPLC グレード アセトニ トリル 100 mL をガラス ガス タイトな注射器を使用しての 0.2 mL を追加。よく混ぜます。
- 「MeCN+0.2% TFA」1 mg/mL の濃度に HPLC 分析ためのサンプル ソリューションを準備します。5 図バランスを使用すると、ゼロの 1.8 mL クリア HPLC ガラス小瓶。0.7 と 1.0 mg。 レコード重量 (例えば 0.88 mg) の体重に到達するための粉体の少量を追加します。Μ L (例えば体重 880 μ g の 880 μ L) の重量を量った量と同等のボリュームを与えるため 1 mL 自動ピペットを調整します。サンプル希釈液 (MeCN+0.2%TFA) のこの量をピペットします。それは 1 mg/mL の試料溶液になります。
- 隔壁を有する適切な HPLC キャップと高速液体クロマトグラフィー バイアルをキャップします。ソリューションで、粉末を得るため手動でバイアルを旋回します。バイアル粉末のソリューションで確実に最大 5 分間の超音波照射します。解けてない粒子がないようにライトをチェックします。このサンプルは、HPLC 分析の準備が整いました。
- 高速液体クロマトグラフィー装置、C18 カラムをインストールします。カラム オーブンにある熱交換器のコンセントと紫外/可視 (UV ・可視) 分光光度計フローセルの入口に HPLC カラムの出口に HPLC カラムの入口をインストールします。
- 「水 0.1% ギ酸"と溶剤 B として溶剤と高速液体クロマトグラフィー システムを準備"アセトニ トリル 0.1% ギ酸」。両方の溶媒と HPLC システムをパージします。Λ に紫外・可視検出器を設定 = 260 nm, 8 nm 帯域と参照λ = 550 nm、100 nm の帯域幅。注入量 1 μ L、HPLC カラム ヒーターを 60 ° C に設定Equilibrate 75% 溶剤 B. 注入による HPLC カラムと実行の溶媒のグラデーションには 75 から 85% 溶剤 B 2 分間かけて 2 mL/分の流量では平衡次の注入の前に 1 分以上です。サンプルを注入します。1 1た 0.55 分 0.9 分で1-2を示して、1.65 分で2-2を示しています。
メモ、紫外/可視のパラメーターは、 1-1のピーク面積は2-2と同じ実験選択されます。1-1と2-2は、この固相反応でモルを常にする予定です。1-1と2-2 λ を用いる紫外・可視検出器が得られるために、最も一致するピーク面積の = 260 nm (ピーク幅 8 nm)。ΛREF = 550 nm (ピーク幅 100 nm)。 - 各これらの 3 ピークのピーク面積を決定して全体でのピーク面積を計算します。全ピーク面積によって個々 のピークのピーク面積で割って % ピーク面積比 (% パー) を計算します。1-1 2-2 1-2の %M で表される濃度として得られた値を報告します。これらの値は、対応する % パーと同等です。
- 10 分、15 分、20 分、25 分、30 分、32 分、34 分、36 分、38 分、40 分、45 分 2.1.10 ようにに研削時間の長さを変更するだけで実験 (ステップ 2.1.2 に 2.1.21) を繰り返します。常に均衡水準が一定であることを確認するまでに時間の研削で平衡に達した後余分な実験を実行します。
注: 次の初期遅延期間平衡で終わる運動曲線の指数のセグメントを定義するこれらの特定の研削時間を選択されています。平衡、相組成は、化学組成は 97 M の%1-21.5 %1 1の M と2-2の 1.5 %m と一貫性のある量的フォーム Aと一貫性が。 - Y 軸と x 軸の分の加工時間で %M として1-1 2-2 1-2の高速液体クロマトグラフィー分析から得られた化学組成をプロットします。これは、化学組成の運動曲線です。図 3 aは、きちんと時間を研削と研削ボールミルの化学組成をプロット運動曲線の例を示します。
注: 1-2形成の定量的な実験は熱力学の平衡に達したことを示します。 - 1-1 2-2、リートベルトから得られる相組成をプロットフォーム Aと y 軸と研削 %M としてフォーム Bの x 軸で最小の時間します。これは相組成をプロット運動曲線を与えます。図 3 b)きちんと時間を研削と研削ボールミルの相組成の運動曲線の例を示します。
図 2: リートベルト洗練されたプロット例 67 μ L メタノールを使用するときの条件を加工下で平衡の混合物の。
実験パターン (黒線)、フォーム B (赤)、 a (青)、計算されたパターンの計算パターンと差パターン (灰色)。洗練された収束Rwp=10.82% とχ2 = 2.65。この具体的な例 R の比率は 41% と結晶の大きさはそれぞれフォームとフォーム Bの 71、86 nm と見積もられていた。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 3: きちんとした 1-1 +2 の反応を研削ボールミルの得られた運動曲線-2 +2% M dbu (a、b)。
フィッティングは行われませんでした - 行目にガイドのみです。グラフは反応 (1-1と2-2) の組成を示していて、ヘテロダイマー、研削時間対 %M としての (形態およびフォーム B) を形成する) 各運動ポイントで粉末の化学組成を示す高速液体クロマトグラフィー分析b) PXRD のリートベルト スキャン各運動のポイントで粉体の相組成を表示します。フォームはフォーム Bは任意の運動の時点で形成されない間にのみ形成されていることを示します。ニューズ、2014 年 136 から許可を得て転載 16156 (参考文献27)。著作権 2014年アメリカの化学社会。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
-
研削ボールミル平衡する 50µL MeCN でラグによるフォーム B を合成するために必要な時間の予備調査
- 2.1.2 する 2.1.6 の手順に従ってください。
- 50 μ L を分注 MeCN 粉体の湿式ピペット チップの接触を避ける 100 μ L ピペットと粉。リバース ピペットでピペッティング ノーマルモード ピペッティング有機溶剤の推奨手順のセクション 1.1 と 1.2 を参照してください。
注: は MeCN 残渣を含むピペット チップとパウダーを触れないでください。粉体、粉体、溶剤の悪い化学量論の結果ウェット ピペット チップ周り塊すぐに。これは速度に影響し、実験を無効にすること。任意手動ピペットまたはリバース ピペットで自動ピペットや通常ピペッティング、この実験に適しています。50 μ L MeCN はよくこの反応を実行に必要な MeCN 23 μ L を超える。したがって正確なピペッティング必要はありませんここで。 - 2.1.7 に 2.1.12 の手順に従ってください。
- 2.1.13 に 2.1.15 の手順と 2.1.16 に 2.1.21 のように高速液体クロマトグラフィーによる化学組成のようにリートベルトによって相組成を分析します。
メモ: フォームは、ボール ミル ラグ条件下で観察は決して。 - 実験を繰り返す (ステップ 2.2.1 2.2.4 に) による研削時間 10 分、13 分、14 分、15 分、17 分、18 分、20 分の長さだけを変える、25 分、30 分常に実行ように長い時間のため研削で平衡に達した後余分な実験を。電子平衡レベルは一定です。
注: これらの研磨時間は平衡初期遅延期間に続くで終わる速度論的研究の指数のセグメントを定義する選択されています。化学組成は 97 と一貫性のある平衡、相組成は定量的フォーム B と一致して1-2 1-1の 1.5%M、 2-2の 1.5%M の %m。 - 2.1.23 (参照してください図 4 a) のように化学組成と 2.1.24 (参照図 4 b) のように相組成のキネティックのグラフを準備します。
図 4:1 1 +2 の遅延反応ボールミルの運動曲線を取得-2 +2% M dbu + 50 μ L MeCN。(a、b)
フィッティングは行われませんでした - 行目にガイドのみです。グラフは反応 (1-1と2-2) の組成を示していて、ヘテロダイマー、研削時間対 %M としての (形態およびフォーム B) を形成する) 各運動ポイントで粉末の化学組成を示す高速液体クロマトグラフィー分析b) PXRD のリートベルト スキャン各運動のポイントで粉体の相組成を表示します。それは、フォーム Bはフォーム Aは任意の運動の時点で形成されない間にのみ形成されていることを示します。ニューズ、2014 年 136 から許可を得て転載 16156 (参考文献27)。著作権 2014年アメリカの化学社会。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
-
ボールミル NG による a の合成
- セクション 2.1 のすべての手順に従ってください。平衡に達するには十分である 30 の Hz の 45 分だけ挽きます。
注:フォームが形成される定量的。製品の化学成分は 97 と一貫性の1-2 1-1の 1.5%M、 2-2の 1.5%M %m。
- セクション 2.1 のすべての手順に従ってください。平衡に達するには十分である 30 の Hz の 45 分だけ挽きます。
-
ボールミルの遅れによるフォーム B の合成
- セクション 2.2 でのすべての手順に従います。平衡に達するには十分である 30 の Hz で 30 分だけ挽きます。
注:フォーム Bが形成される定量的。製品の化学成分は 97 と一貫性の1-2 1-1の 1.5%M、 2-2の 1.5%M %m。
- セクション 2.2 でのすべての手順に従います。平衡に達するには十分である 30 の Hz で 30 分だけ挽きます。
3. フォームの準備および/またはフォーム B のボール ・ ミル ラグ ラグ溶媒として有機溶剤の異なる種類、量を使用します。
-
手順 1: ボール ミル ラグ反応遅れ溶剤を使用して粉体の高親和性
注: 手順 1 は、ラグ溶剤1-1と2-2の等モル混合物に高い親和性を示すために設計されています。例としては、MeCN、アセトン、THF、DMF、エチル、CHCl3です。この手順の例としては、ラグ溶媒として添加 17.0 μ L のアセトンを取り上げます。- 2.1.1 に 2.1.6 に従いますが、jar を研削 14 mL ねじクロージャを使用します。
注: これらの正確なラグの実験のためのトラップ中身研削中に溶媒や固体の定量的ように接合部に組み込まれたテフロン シール瓶使用ネジ閉鎖ステンレス鋼研削します。スナップ開閉式の瓶を研削は、接合部から溶媒をリークする可能性が。 - ボール ベアリングが手順の後半で圧延することを防ぐために、再利用可能な接着パテでベンチに jar 粉砕の半分の男性の下の部分を修正します。
- アセトンの 17.0 μ L をたとえば、「逆ピペッティング」電子空気変位ピペット、最も遅い設定とボリュームの吸引および分注速度を設定します。「リバース ピペット」の使用のためのセクション 1.1 で説明する手順に従ってください。
- ゆく粉末の表面に 17.0 μ L のアセトンを滴下する特別な注意を取る。
注: アセトン残渣を含むピペット チップとパウダーを触れないでください。粉体、粉体、溶剤の悪い化学量論の結果ウェット ピペット チップ周り塊すぐに。この事件は実験を無効にします。内部に残されて親和性の高い溶剤に問題はない研削の jar や dbu で読み込まれていないがそのボール軸受壁。これらの溶媒があること彼らが定量的に吸収される粉体研削中に粉のような高い親和性。 - 研削の瓶の半分空の女性を取るし、慎重にネジを男性半分粉末を含みます。アセトンの付加の後でできるだけ早くこれを行います。タイトのネジ ポリテトラフルオロ エチレン (PTFE) 洗濯機作る漏れ防止シールであることを確認します。安全に追加の予防措置としてテープを絶縁体との接合部の外側をテープします。
- 2.1.8 に 2.1.12 に従うが、タイマーを 45 分に設定します。
注: ラグ溶剤としてアセトンを用いた予備実験こと 45 分研削目的平衡に達する反応を研削ボールミル用の十分を示しています。 - 2.1.13 に 2.1.15 のように PXRD によって相組成と 2.1.16 に 2.1.21 のように高速液体クロマトグラフィーによる化学組成を分析します。
注: これらの実験1-2固体反応は熱力学の平衡に達したことを示す定量的形態形成と一貫性のある高速液体クロマトグラフィーによる分析が重要です。 - Rはフォーム Bの %mol とヘテロダイマー 1 2の合計金額の % のモル比を計算フォーム A+フォーム Bを =。
- 繰り返しステップ 3.1.1 に 3.1.8 ピペッティングの別のボリュームで平衡を定義する同じ溶媒 (アセトン) を曲線 (以下 3.1.9 を参照してください)。研削実験を実行するには、個別に 10.0µL、14.0µL、15.0µL、16.0µL、18.0µL、20.0µL、30.0µL、50.0µL アセトンを粉に追加。
- アセトンの平衡曲線をプロットするには、y 軸と x 軸に追加されたμ L のアセトンに%R値を入力します。X 軸は、粉末 200 mg 当たり μ L のアセトンまたは総粉の mol あたりの mol アセトンで表されます。
注: アセトン、16 μ L 添加の場合定量的フォーム Aまたはアセトンの少ない (0 %r) 一方、17 μ L 添加またはアセトン定量フォーム Bの結果の詳細 (100 %r)。ボールの溶媒の平衡曲線につながる化学と相分析の例は、ラグは、ラグ溶媒は図 7に見られるように、DMF を使用して研削加工します。
- 2.1.1 に 2.1.6 に従いますが、jar を研削 14 mL ねじクロージャを使用します。
図 7: ボール ・ ミル 1 の遅れ-1 + 2-2 + 2% M dbu ラグ溶媒として DMF と 30 Hz で 3 時間。(e)
3 例のスキャンの HPLC クロマト グラムと PXRD: equililbrium、b の追加で) 13µL DMF の定量的形態、結果 c) 定量的フォーム Bと d で 30 μ L DMF 結果) 19 μ L DMF により、フォームとフォーム Bの混合物。e) THF 平衡曲線は、μ L 200 mg 粉末に追加 DMF 対決定 %R をプロットに DMF、実行すべての 17 の実験に対して表示されます。この図は、化学科学、2016 年 7、補足情報、6617 (参考文献25) から転載されています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
-
手順 2: ボール ミル ラグ反応ラグ溶剤を用いた粉体に対する低親和性
注: 手順 2 は1-1と2-2の等モル混合物の非常に低い親和性を表わすラグ溶剤に適しています。例としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ジメチルスルホキシド、ベンゼン、トルエン、シクロヘキサンと水です。例としては、ラグの溶媒として 65.0 μ L メタノール添加を取り上げます。- 2.1.1 に 2.1.4 に従ってください。
- 混合物の約 60 mg を重み付けボートに転送します。後で使用するために予約します。
- メタノールの 65.0 μ L をたとえば、「通常ピペッティング」電子空気変位ピペット、最も遅い設定とボリュームの吸引および分注速度を設定します。セクション 1.2 で「通常ピペッティング」モードの使用を説明する手順に従います。
- ボール ベアリングが手順の後半で圧延することを防ぐために、再利用可能な接着パテでベンチに jar 粉砕の半分の男性の下の部分を修正します。
- 粉体の表面にゆく 65.0 μ L メタノールを点滴します。点滴あるいは内側を接触しないようにメタノールの調剤に世話を瓶の壁。
- メタノールの量を定量的に提供する粉体の表面に湿式ピペット チップを置きます。ピペット チップのウェット エンドとの接触で粉が塊が。
注: 粉体へのこれらの溶媒の吸収の速度が非常に遅いです。したがって粉体と接触して直接ではなく溶剤は反応少ない溶剤を追加ことと矛盾しない与える結果を研削ボールミル内一部を行いません。 - 研削の瓶に粉体の接液部のパッチを予備として残して粉を注ぐ。これは粉体内の溶媒をトラップする必要があります。慎重に接液の粉末を圧縮する jar ファイルをタップします。
- 2.1.5 に 2.1.6 に従ってください。
- 研削の jar ファイルの空の女性の半分の男性の半分をキャップします。ボール ベアリング ロードdbu粉末上にロールバックしないように注意してください。
- 20 分以上邪魔されずスタンドに研削の jar を残します。これは粉に浸る溶媒を有効にする必要があります。
- 浸漬期間が経過した後ネジをしっかりと接合部は研削の jar、PTFE の洗濯機が防漏閉鎖を作ることを確認します。安全に追加の予防措置としてテープを絶縁体との接合部をテープします。
- 2.1.8 に 2.1.9 に従ってください。
- 30 Hz と 60 分にタイマー ボール ミル粉砕機周波数を設定します。研削盤は、60 分の 4 セットを実行する必要があります。これは自動的に自家製の「プッシュ ボタン」のセットアップで行われます。
注: 運動実験を 3 に 4 h 以上は、ボール ・ ミル粉砕の反応ラグ溶媒としてメタノール目的平衡に達するために必要が示しています。 - 「ボタンを押して」ソフトウェア アプリケーションを起動します。研削を初期化するために必要な 4 つの値を入力し、時間の期間にわたる研削を維持する必要があります。プッシュの回数: 4;プッシュを保持 (s): 10;プッシュ期間 (分): 65;Com ポート番号: 3。
- 「ボタンを押して」ソフトウェアの [スタート] ボタンをクリックし、研削が開始されます。研削盤は、60 分セット ボール径エンドミル研削盤と研削後自動的に停止します。65 分に到達するソフトウェアは、ボール ミル粉砕機のスタートボタンを押し、研削を再開するソレノイドをアクティブにする命令が送信されます。このサイクルは、「プッシュ ボタン」ソフトウェアで要求された回数だけ繰り返されます。
注:「ボタンを押して」ソフトウェアの [スタート] ボタンをクリックすると、リレーは固定位置にボール径エンドミル研削盤からのスタートボタンの上に直接位置していますソレノイドを起動します。ソレノイドはすぐに MM400 研削盤は、研削を仮調印のスタートボタンを押します。プッシュで入力した秒数の設定を保持した後、ソレノイドはスタートボタンでのグリップを発売します。加工時間の 60 分の期間とモーターが過熱するを防ぐために次の研削セッションの開始の 5 分の残りの部分にグラインダーを許可することをお勧めします。 - 2.1.13 に 2.1.15 と 2.1.16 に 2.1.21 のように高速液体クロマトグラフィーによる化学組成のようにリートベルトによって相組成を分析します。
- 3.1.8 のように言葉Rを計算します。
- 平衡曲線を定義する同じ溶剤の別のボリュームの完全な手順を繰り返します。この例では 25.0 μ L、50.0 μ L、60.0 μ L、63.0 μ L、64.0 μ L、66.0 μ L、67.0 μ L、68.0 μ L、69.0 μ L、70.0 μ L、75.0 μ L、80.0 μ L、85.0 μ L メタノールの独立した実験を実行します。
- 3.1.10 と同様に溶剤の平衡曲線をプロットします。
注: メタノール、64µL 添加の場合または定量的形態 Aにメタノール結果の少ない (0 %r) 68 μ L 添加以上定量的フォーム Bのメタノール結果の間 (100 %r)。ボール ・ ミルの溶媒の平衡曲線の例は、図 6bに見られるラグ溶媒としてメタノールを使用して研削加工ラグします。
注: ベンゼン、トルエン、シクロヘキサン、ボール ・ ミル粉砕フォーム A の形成の後いつもの1-1と2-2結果の等モル混合物に水を追加フォーム B形式ではないです。
図 6: 溶媒の平衡曲線ボール ・ ミル ラグ溶媒としてメタノールを使用する場合、反応 1 1 + 2-2 + 2% M dbu を粉砕します。(a、b)
フィッティングは行われませんでした - ラインは目にガイドのみです。平衡曲線 (μ L 対 %R メタノール 200 mg 粉末に追加)) で b) そこで実験手順 1 を使用して非常に貧しい人々 の相関は良好な相関実験の手順 2 を使用する場合。この図は、化学科学、2016 年 7、補足情報、6617 (参考文献25) から転載されています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
4. PXRD によって相組成の定量
注: 固体相加工実験の末に得た、混合粉体の組成物は ex situ 粉末回折データをリートベルトによって検討します。32いくつかのガイドラインがここで与えられます。
-
相組成の定量
- 1-1、結晶構造モデルを取得2-2、フォーム Aとケンブリッジの構造データベースからフォーム B 。33
- 組織学的構造変数と背景を取得することを選択 - より少ない洗練されたパラメーター、推定標準偏差を小さくリートベルト洗練されたソフトウェアとのフィットに必要なパラメーターの数を最小限に抑えます。
注: 粉砕サンプルなどが配向結晶方向など構造モデルとアドレスの合併症を最適化できるようにこの意味で有用である純粋な単相の予備の構造改良。特定されたものであった (0 1 0) 1-1;(0 0 1) 2-2;(1 0 2) と (0 0 1) a;(0 1 0)フォーム Bの。リートベルトが1-1と2-2が等モル常にであることを前提に実行されます: それを達成するために一緒に1-1と2-2のスケール係数を制約します。 - 粉末回折試料調製とリートベルト解析の精度を推定する、いくつかの選択したサンプル データ コレクションを繰り返します。(図 2参照)
注: PXRD と高速液体クロマトグラフィー分析の間の合意は優秀なことがわかった (図 3および図 4を参照)。 - 商用ソフトウェアとリート フェルトの絞り込みを実行します。34ただしフリーウェアと同じ目的で使用することができます商業のリート フェルト ・洗練されたソフトウェアの数があります。
-
インストゥルメンタルのパラメーターの精密化
- ピーク形状パラメーターの数を減らすことを広げるピークにインストゥルメンタルの貢献を絞り込みます。実験データの収集を前に PXRD データの線幅に尽力貢献を研究するのに六ホウ化ランタン (実験室6) またはイットリウム (iii) 酸化物 (Y2O3) など特定の結晶の標準を使用します。
- 2.1.13 に 2.1.14 の手順で説明するよう、実習6でスライドを実行します。
- 結晶構造の開いているデータベース、35から標準の結晶構造モデルを取得し、標準のピークは規格自体から拡大への貢献がないと仮定してのリートベルト。
- ピークフォームおよびフォーム Bのリートベルトを実行するとき使用形状として標準の洗練されたパラメーターとサンプルへのピーク形状関数の線の用語が含まれます。36線への結晶サイズの貢献のための 1 つの等方性用語は私たちの例でうまく動作する見つかりました。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
このプロトコルは、彼または彼女の分注技術を検証し、品質およびピペットまたは使用される注射器の性能を検査する験者によって常に開始されます。これは最高、ボール ・ ミル粉砕実験に使用するため特定の溶媒の分注量を正確にトレーニング セットを実行することによって行われます。計量チェックがディスペンサーのボリュームの精度を検証し必要な精度までこの検証が繰り返されます、精度を実現します。この検証は、ボール ・ ミル粉砕実験に使用される各溶媒のため行う必要があります。アセトニ トリルで正確な分注のような検証の例を図 5に示します。
化学組成を取得する高速液体クロマトグラフィー データを集め、ボール ・ ミル粉砕反応 (反応スキームと溶媒の平衡曲線の重要な概念の図 1参照) から粉末の相組成を取得する PXRD スキャンを採取.高速液体クロマトグラフィー データは、(1-1と2-2) 2 homodimers の粉 (1-2) ヘテロダイマー %M と化学組成を定量化します。PXRD スキャンから調製したリートベルト %M として (1-1と2-2) homodimers の開始材料のヘテロダイマー製品1-2 の 2 つの多形 (フォーム Aとフォーム B) の相組成を定量化するために使用します。.高速液体クロマトグラフィーは、相組成の精度を検証するため使用ことができます、同じサンプルのリートベルトによって得られた結果%M 1-1と2-2が %M で同じ濃度を持っている必要があります。、高速液体クロマトグラフィーによって決定として1-2の濃度と %M PXRD によって決定としてフォームとフォーム Bの合計濃度を同一視する必要があります。高速液体クロマトグラフィーと PXRD によって決まります。これは明らかに図 3と図 4があった、HPLC 分析によって得られた化学組成をプロット運動曲線相関と相組成をプロット運動曲線を用いて PXRD に表示されます。解析。
反応を研削ボールミルの正確かつ正確な溶媒の平衡曲線の準備の成功は 3 つの要因に依存しています。) 正確かつ正確な想いをしました; でピペッティングb)、ボール ・ ミル粉砕反応平衡は、図 3と図 4に示すように、関連の速度論的研究を実行することによって学ぶことができますを成し遂げたときに知ることc) 各溶剤右実験プロシージャを使用しています。図 7の平衡曲線は、%R と DMF 研削反応実験手順 1 を使用する場合追加の μ L の良い相関を示しています。しかし、実験手順 1 を与える %R とメタノール中メタノールの実験手順 2 の使用は、図 6 b に示すように良好な相関図 6 a、ように研削の反応に追加の μ L と非常に貧しい相関.図 8個別に示すし、どのように異なる溶媒を組み合わせる (MeCN、アセトン、THF、エチル、DMF、CHCl3DCM、メタノール、エタノール、IPA、DMSO) ボール ミル遅延反応の異なる溶媒平衡曲線の結果します。図 8は、これらの実験を行う際にケアと良い実験デザインが適用された場合、%R と反応を研削ボールミルに追加溶媒の量と良い相関が得られることを示しています。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
メカノケミストリー焦点を当てて実用的な成果や反応機構に関する文献のほとんどは、この紙ボール ミル粉砕の熱力学的終了点に対処します。このような観点から論最終平衡高原の定義に必要なステップであります。運動と最終的な平衡を我々 は知っているここで説明ボール ミル研削反応は熱力学によって駆動される指定された加工条件下で最も安定した多形体組成の結果します。これはまた、メカノケミカル実験 - ピペッティング メソッド加工瓶セットアップなどの実験的作製法を提示し、詳細に説明した我々 の知る限り初めてです。
ボールミルの遅れは、どのくらいボール ・ ミル粉砕実験平衡に到達するために実行する必要があります確立する予備の速度論的研究は実施されている実験の成功に不可欠です。ボール ・ ミル粉砕反応熱力学的条件の下で; この原稿で説明した 3 つのシナリオを示すことができます。a) 特定のボール ・ ミル粉砕の結果の場合、定量的形態形成の反応溶媒の十分なボリュームを追加します。b)フォーム Bの定量的な形成に結果特定の溶媒の十分なボリュームを使用してください。c) 3 番目のケースは、スキル、ケア、験者の実験的なデザインなる最も重要な両方の極端間のギャップにあります。成功した想いをしましたがフォーム Bの濃度が増加を示す特定の溶媒の追加溶媒量の増加と s 字状の方法で定量におけるフォームの結果に十分な溶媒を追加するまでにできるようになりますBラグ反応ボールミル内。この変更は、一部の溶剤、わずか 1 μ L の違いはフォームまたはフォーム B、アセトニ トリル、アセトンのように定量的に把握すれば十分であるので、シャープ。図 8は、この議論をまとめたものです。
図 8: 個人と平衡曲線をフライス複合溶剤 %R インデックス対として溶媒の濃度をプロットされます。
フィッティングは行われませんでした - 行目にガイドのみです。調査した溶媒が: MeCN、アセトン、THF、DMF、エチル、CHCl3DCM、DMSO、メタノール、エタノール、IPA、水。水はフォーム B の形成につながらないラグ溶媒として DCM の調剤はガスがタイトなガラス製注射器を行った。この図は、化学科学、2016 年 7、補足情報、6617 (参考文献25) から転載されています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
熱力学の概念は一般的なので、ボール ミル ラグ条件下での溶媒の濃度の関数として平衡をフライス加工は類似したプロシージャを設定する任意のシステムの事実上の研究に従うべきです。探索し、様々 な産業設定で実用的な含意があります、追加の溶剤の変化によって新しい多形を発見する可能性があるため、これは最も有機・無機反応、同様に分子が含まれています化合物。
研究室環境 (温度、気圧、湿度) 試料と実験中は速度と平衡終了点に影響を与える、加工プロセスの Tumanovらを参照してください。(2017)37例として。我々 の経験では、サイズおよび材料と同様、加工瓶および玉軸受の形状変化から成っている - と反応速度と加工実験の最終平衡粉の総量に大きく影響も小さい。験者は、デザインに細心の注意を取る必要がある、これらの性能実験を考える: (i) どのような法は特定の溶媒のために採用される、(ii) 化合物は加工の jar ファイルに追加され、混合; する必要があります。(iii) サイズと形状加工瓶と玉軸受;(iv) かどうかステンレス鋼または透明な材料 - ラマン21,38などその場で技術のために必要がある - べきである加工瓶とボール ベアリングに採用されます。風防ガラスの jar ファイルは、ラグと瓶を洗浄用溶剤で使用される多くの溶剤で簡単に破損しています。ポリ乳酸 (PLA) から透明な瓶の 3 D プリントでは、ボールミル粉砕実験に適して、風防と比較して良好な機械的、化学的耐性を示し、従って jar の外部ジオメトリのより複雑な設計をことができます。39平衡実験、できるだけ一貫して実行する必要があります実験の概要とハードウェアの両方で、すなわち同一の製法、カメ、ボール ベアリング、粉の総量を使用しています。
分解することができます発生すると不必要に擦りには注意が必要があります。二硫化体制分解生成物は高速液体クロマトグラフィー分析、NMR など観察できます。このような場合は、分解の速度論的研究が必要です。ボール ミル研削は、平衡に導く最短の時間で行う必要があります。
現在の実験的アプローチ私たちはマクロスコ ピック温度を効率的に制御していないと鋼の反応容器内のローカル温度を知らないという点で制限があります。また、粉砕の過程で結晶の形態と結晶性固体の構造秩序性を示す結晶性の進化を監視することが現在おります。ナノ結晶粉末の結晶は主に多形体安定性に重要な影響を与える平均結晶のサイズに関連します。25これらの分野での改善には探索し、基になるプロセスを理解する当社の能力が向上します。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
著者がある何も開示するには
Acknowledgments
AMB と JKMS は、財政支援の EPSRC に感謝しています。C. A. ブランドありがとう設計し機械セットアップおよび p. ドネリーのグラインダーのオートメーションのソフトウェア設計のためは、研削を繰り返します。リチャード ・ ナイチンゲール、オリー ・ ノリスと研削瓶の製造のため機械のワーク ショップと電磁ホルダー」のボタンを押して「セットアップからサイモン起きなければとの化学科でガラスのワーク ショップからキース ・ パーメンターに感謝、ガラス サンプル PXRD スライドの製造。瓶を研削ねじクロージャの修理メンテナンス、C. A. ブランドに感謝します。化学科で PXRD 装置の使用のため教授ビル ・ ジョーンズさんと彼の研究室の設備の使用のための教授クリス ハンターに感謝します地球科学の (ギル) は、一般的なサポートに感謝いたします。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Bis(2-nitrophenyl) disulfide named 1-1 | Aldrich | 215228-25G | [1155-00-6] (98%) |
| Bis(4-chlorophenyl) disulfide named 2-2 | TCI | D0360 | [1142-19-4] (98+%) |
| 1,8-Diazabicyclo [5.4.0]undec-7-ene (dbu) | Acros Organics | 160610250 | [6674-22-2] (>97.5 % by GC) |
| 2-nitrophenyl-4-chlorophenyl-disulfide named 1-2 | in house synthesis | Synthesised by ball mill grinding: 1:1 of 1-1 + 2-2 + 2%M dbu | |
| Form A | in house synthesis | Polymorph of 1-2 prepared by ball mill neat grinding | |
| Form B | in house synthesis | Polymorph of 1-2 prepared by ball mill liquid assisted grinding | |
| Formic Acid | Scientific Laboratory Supplies | 56302-50ML | [64-18-6] Mass spectrometry grade |
| Trifluoroacetic acid (TFA) | ThermoFisher | 85183 | [76-05-1] Reagent-Plus 99% |
| Water (H2O) | Rathburn | W/0106/PB17 | [7732-18-5] HPLC gradient analysis grade used also for HPLC analysis |
| Acetonitrile (MeCN), | Merck | 160610250 | [75-05-8] Hypergrade for LCMS grade LiChrosolv used also for HPLC analysis |
| Acetone | Fisher Scientific | A/0606/17 | [67-64-1] HPLC grade |
| Methanol (MeOH) | Fisher Scientific | M/4062/17 | [67-56-1] LCMS grade |
| Ethanol (EtOH) | Sigma Aldrich | 15727-5L | [64-17-5] laboratory reagent, absolute, |
| isopropanol (IPA) | Fisher Scientific | P/7508/17 | [67-63-0] HPLC grade |
| Tetrahydrofurane (THF) | Acros Organics | 268290010 | [109-99-9] For HPLC; 99%8, unstabilised |
| Ethyl acetate (EtOAc) | Fisher Scientific | E/0906/15 | [141-78-6] |
| Chloroform (CHCl3,) | Fisher Scientific | C/4966/17 | [67-66-3] HPLC grade, stabilised with amylene |
| Dichloromethane (DCM) | Fisher Scientific | D/1857/17 | [75-09-2] HPLC grade, unstabilised |
| Dimethylformamide (DMF) | Alfa Aesar | 22915 | [68-12-2] very toxic HPLC grade 99+% pure |
| Dimethylsulfoxide (DMSO) | Alfa Aesar | 36480 | [67-68-5] very toxic ACS, 99.9% min |
| Cyclohexane | Fisher Scientific | C/8936/15 | [110-82-7] HPLC grade, 99.8+% |
| Toluene | Fisher Scientific Ltd | T/2306/15 | [108-88-3] HPLC grade |
| Benzene | Sigma Aldrich | 401765 | [71-43-2] puriss pa reagent |
| 5 -120 mL automatic pipette | Sartorius | Picus eLine | systematic error in specification: for 120mL is ±0.48 mL, for 60 mL is ±0.36 mL, for 12 mL is ±0.24 mL |
| VIAL screw clear 1.5ml + CAP bakelite solid screw PTFE lined for 10mm vial | Jaytee Biosciences | JW41110 + JW43927 |
Capped vial used for validating accuracy and precision of dispensed solvent |
| Crystal Structural Database | The Cambridge Crystallogra-phic Data Centre (CCDC) | Cambridge Structural Database (CSD) | Containing over 900,000 entries from x-ray and neutron diffraction analyses |
| powder X-ray diffractometer | Panalytical | X-Pert PRO MPD | Equipped with an X’Celerator detector with Cu Kα radiation |
| powder X-ray diffractometer data Collector software | Panalytical | X’Pert HighScore Plus v3.0 | solftware package used to adquire the PXRD data |
| Rietveld refinement software including Scherrer equation | BRUKER | Version 6 of TOPAS-Academic | To prepare phase composition and crystal size from PXRD scans |
| HPLC equipment | Agilent | HP1200 Series modular HPLC system | HPLC high pressure binary pump, autosampler, Peltier type column oven with 6 µL heat exchanger and Diode Array Detector with a semi-micro flow cell (1.6uL, 6mm pathlength). |
| HPLC column | Agilent | 1.8mm Zorbax XDB C18, | (4.6mm ID × 50 mm length) |
| Ball mill grinder | Retsch | MM400 | modified: replaced safety cover for external safety screen |
| 14 mL snap closure stainless steel jars | In house | manuctured from 316 stainless steel | |
| 14 mL screw closure stainless steel jars | In house | manuctured from 316 stainless steel - contains a PTFE washer |
|
| Stainless steel ball bearings: | Dejay Distribution Ltd | 7.0 mm (1.37g) | Stainless Steel Balls A.I.S.I. 420 Carbon (0.25/0.35%) & Chromium (12/14%) |
| "Push a Button" software | Developed at Department of Chemistry | Written in Visual Basic. It activates an electronically controlled switch (relay). | |
| "Push a Button" Solenoid | Magnet Schultz | Type 609RP 12 Volt DC |
609RP (RP stands for) R - for spring-return P - for push-rod |
| "Push a Button" Solenoid holder |
Department of Chemistry | To hold solenoid over START button on the MM400 | |
| "Push a Button" Relay | KM Tronic | USB one relay | USB Relay Controller - One Channel - HyperTerminal ASCII commands. Connection to a PC's USB port using VCP (Virtual COM port). |
| re-usable adhesive putty | Bostik | Blu-Tack | Used to hold the jar fixed on the bench. |
References
- James, S. L., et al. Mechanochemistry: opportunities for new and cleaner synthesis. Chem Soc Rev. 41 (1), 413-447 (2012).
- Braga, D., et al. Solvent effect in a "solvent free" reaction. CrystEngComm. 9 (10), 879-881 (2007).
- Karki, S., Friscic, T., Jones, W. Control and interconversion of cocrystal stoichiometry in grinding: stepwise mechanism for the formation of a hydrogen-bonded cocrystal. CrystEngComm. 11 (3), 470-481 (2009).
- Kaupp, G. Solid-state molecular syntheses: complete reactions without auxiliaries based on the new solid-state mechanism. CrystEngComm. 5 (23), 117-133 (2003).
- Biswal, B. P., et al. Mechanochemical synthesis of chemically stable isoreticular covalent organic frameworks. J Am Chem Soc. 135 (14), 5328-5331 (2013).
- Garay, A. L., Pichon, A., James, S. L. Solvent-free synthesis of metal complexes. Chem Soc Rev. 36 (6), 846-855 (2007).
- Kaupp, G. Mechanochemistry: the varied applications of mechanical bond-breaking. Cryst Eng Comm. 11 (3), 388-403 (2009).
- Morris, R. E., James, S. L. Solventless synthesis of zeolites. Angew Chem Int Ed Engl. 52 (8), 2163-2165 (2013).
- Stolle, A., Szuppa, T., Leonhardt, S. E., Ondruschka, B. Ball milling in organic synthesis: solutions and challenges. Chem Soc Rev. 40 (5), 2317-2329 (2011).
- Suryanarayana, C. Mechanical alloying and milling. Prog Mater Sci. 46 (1-2), 1-184 (2001).
- Wang, G. W. Mechanochemical organic synthesis. Chem Soc Rev. 42 (18), 7668-7700 (2013).
- Braga, D., Grepioni, F. Reactions between or within molecular crystals. Angew Chem Int Ed Engl. 43 (31), 4002-4011 (2004).
- Friscic, T., Childs, S. L., Rizvi, S. A. A., Jones, W. The role of solvent in mechanochemical and sonochemical cocrystal formation: a solubility-based approach for predicting cocrystallisation outcome. Cryst Eng Comm. 11 (3), 418-426 (2009).
- Fucke, K., Myz, S. A., Shakhtshneider, T. P., Boldyreva, E. V., Griesser, U. J. How good are the crystallisation methods for co-crystals? A comparative study of piroxicam. New J Chem. 36 (10), 1969-1977 (2012).
- Bennett, T. D., et al. Facile mechanosynthesis of amorphous zeolitic imidazolate frameworks. J Am Chem Soc. 133 (37), 14546-14549 (2011).
- Braga, D., et al. Mechanochemical preparation of molecular and supramolecular organometallic materials and coordination networks. Dalton Trans. (10), 1249-1263 (2006).
- Yuan, W., Friščić, T., Apperley, D., James, S. L. High Reactivity of Metal-Organic Frameworks under Grinding Conditions: Parallels with Organic Molecular Materials. Angew Chem Int Ed Engl. 122 (23), 4008-4011 (2010).
- Icli, B., et al. Synthesis of Molecular Nanostructures by Multicomponent Condensation Reactions in a Ball Mill. J Am Chem Soc. 131 (9), 3154-3155 (2009).
- Hsu, C. -C., et al. Solvent-free synthesis of the smallest rotaxane prepared to date. Angew Chem Int Ed Engl. 47 (39), 7475-7478 (2008).
- Boldyreva, E. Mechanochemistry of inorganic and organic systems: what is similar, what is different? Chem Soc Rev. 42 (18), 7719-7738 (2013).
- Gracin, D., Štrukil, V., Friščić, T., Halasz, I., Užarević, K. Laboratory Real-Time and In Situ Monitoring of Mechanochemical Milling Reactions by Raman Spectroscopy. Angew Chem Int Ed Engl. 53 (24), 6193-6197 (2014).
- Halasz, I., et al. In situ and real-time monitoring of mechanochemical milling reactions using synchrotron X-ray diffraction. Nat. Protocols. 8 (9), 1718-1729 (2013).
- Ma, X., Yuan, W., Bell, S. E. J., James, S. L. Better understanding of mechanochemical reactions: Raman monitoring reveals surprisingly simple 'pseudo-fluid' model for a ball milling reaction. Chem Commun. 50 (13), 1585-1587 (2014).
- Tumanov, I. A., Michalchuk, A. A. L., Politov, A., Boldyreva, E., Boldyrev, V. V. Inadvertent Liquid Assisted Grinding: A Key to "Dry" Organic Mechano-Co-Crystallisation? CrystEngComm. 19, 2830-2835 (2017).
- Belenguer, A. M., Lampronti, G. I., Cruz-Cabeza, A. J., Hunter, C. A., Sanders, J. K. M. Solvation and surface effects on polymorph stabilities at the nanoscale. Chem Sci. 7 (11), 6617-6627 (2016).
- Belenguer, A. M., Friscic, T., Day, G. M., Sanders, J. K. M. Solid-state dynamic combinatorial chemistry: reversibility and thermodynamic product selection in covalent mechanosynthesis. Chem Sci. 2 (4), 696-700 (2011).
- Belenguer, A. M., Lampronti, G. I., Wales, D. J., Sanders, J. K. M. Direct Observation of Intermediates in a Thermodynamically Controlled Solid-State Dynamic Covalent Reaction. J Am Chem Soc. 136 (46), 16156-16166 (2014).
- Evora, A. O. L., et al. Resolved structures of two picolinamide polymorphs. Investigation of the dimorphic system behaviour under conditions relevant to co-crystal synthesis. CrystEngComm. 14 (24), 8649-8657 (2012).
- Trask, A. V., et al. Selective polymorph transformation via solvent-drop grinding. Chemical Communications. (7), 880 (2005).
- Hasa, D., Miniussi, E., Jones, W. Mechanochemical Synthesis of Multicomponent Crystals: One Liquid for One Polymorph? A Myth to Dispel. Cryst Growth Des. 16 (8), 4582-4588 (2016).
- Hunter, C. A., Anderson, H. L. What is cooperativity? Angew Chem Int Ed Engl. 48 (41), 7488-7499 (2009).
- McCusker, L. B., Dreele, R. B. V., Cox, D. E., Louër, D., Scardi, P. Rietveld refinement guidelines. J Appl Crystallogr. 32 (1), 36-50 (1999).
- Allen, F. The Cambridge Structural Database: a quarter of a million crystal structures and rising. Acta Crystallogr Sect B. 58 (3 Part 1), 380-388 (2002).
- Coelho Software. TOPAS-Academic v.version 4.0. , Available from: http://www.topas-academic.net/ (2006).
- Gražulis, S., et al. Crystallography Open Database-an open-access collection of crystal structures. J Appl Crystallogr. 42 (4), 726-729 (2009).
- Cheary, R. W., Coelho, A. A fundamental parameters approach to X-ray line-profile fitting. J Appl Crystallogr. 25 (2), 109-121 (1992).
- Tumanov, I. A., Michalchuk, A. A. L., Politov, A., Boldyreva, E., Boldyrev, V. V. Inadvertent Liquid Assisted Grinding: A Key to "Dry" Organic Mechano-Co-Crystallisation? CrystEngComm. 19, 2830-2835 (2017).
- Batzdorf, L., Fischer, F., Wilke, M., Wenzel, K. J., Emmerling, F. Direct In Situ Investigation of Milling Reactions Using Combined X-ray Diffraction and Raman Spectroscopy. Angew Chem Int Ed Engl. 54 (6), 1799-1802 (2015).
- Tumanov, N., Ban, V., Poulain, A., Filinchuk, Y. 3D-printed jars for ball-milling experiments monitored in situ by X-ray powder diffraction. J Appl Crystallogr. 50 (4), 994-999 (2017).
